'n Skandeerelektronmikroskoop is gebruik om die moegheidsbreuk waar te neem en die breukmeganisme te analiseer; terselfdertyd is 'n spin-buig-moegheidstoets op die gedekarboniseerde monsters by verskillende temperature uitgevoer om die moegheidslewe van die toetsstaal met en sonder dekarbonisering te vergelyk, en om die effek van dekarbonisering op die moegheidsprestasie van die toetsstaal te analiseer. Die resultate toon dat, as gevolg van die gelyktydige bestaan van oksidasie en dekarbonisering in die verhittingsproses, die interaksie tussen die twee, wat lei tot die dikte van die volledig gedekarboniseerde laag met die groei van die temperatuur, 'n tendens van toename en dan afname toon, die dikte van die volledig gedekarboniseerde laag bereik 'n maksimum waarde van 120 μm by 750 ℃, en die dikte van die volledig gedekarboniseerde laag bereik 'n minimum waarde van 20 μm by 850 ℃, en die moegheidslimiet van die toetsstaal is ongeveer 760 MPa, en die bron van moegheidskrake in die toetsstaal is hoofsaaklik Al2O3 nie-metaalagtige insluitsels; Dekarburiseringsgedrag verminder die moegheidslewe van die toetsstaal aansienlik, wat die moegheidsprestasie van die toetsstaal beïnvloed. Hoe dikker die dekarburiseringslaag, hoe laer die moegheidslewe. Om die impak van die dekarburiseringslaag op die moegheidsprestasie van die toetsstaal te verminder, moet die optimale hittebehandelingstemperatuur van die toetsstaal op 850 ℃ gestel word.
Toerusting is 'n belangrike komponent van 'n motorAs gevolg van die werking teen hoë spoed, moet die gaasgedeelte van die ratoppervlak hoë sterkte en skuurweerstand hê, en die tandwortel moet goeie buigmoegheidsprestasie hê as gevolg van die konstante herhaalde lading, om krake te vermy wat tot materiaalbreuk lei. Navorsing toon dat dekarburisering 'n belangrike faktor is wat die spin-buigmoegheidsprestasie van metaalmateriale beïnvloed, en spin-buigmoegheidsprestasie is 'n belangrike aanduiding van produkgehalte, daarom is dit nodig om die dekarburiseringsgedrag en spin-buigmoegheidsprestasie van die toetsmateriaal te bestudeer.
In hierdie artikel, die hittebehandelingsoond op die 20CrMnTi-ratstaaloppervlak-dekarburiseringstoets, analiseer verskillende verhittingstemperature op die toetsstaal-dekarburiseringslaagdiepte van die veranderende wet; deur die QBWP-6000J eenvoudige balkmoegheidstoetsmasjien op die toetsstaal roterende buigmoegheidstoets te gebruik, bepaal die toetsstaalmoegheidsprestasie, en terselfdertyd analiseer die impak van dekarburisering op die moegheidsprestasie van die toetsstaal vir die werklike produksie om die produksieproses te verbeter, die kwaliteit van produkte te verbeter en 'n redelike verwysing te bied. Die toetsstaalmoegheidsprestasie word bepaal deur die spin-buigmoegheidstoetsmasjien.
1. Toetsmateriaal en -metodes
Toetsmateriaal vir 'n eenheid om 20CrMnTi-ratstaal te verskaf, die hoofchemiese samestelling soos getoon in Tabel 1. Dekarburiseringstoets: die toetsmateriaal word verwerk in silindriese monsters van Ф8 mm × 12 mm, die oppervlak moet helder en vlekkeloos wees. Hittebehandelingsoond word verhit tot 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃, in die monster geplaas en vir 1 uur gehou, en dan lugverkoel tot kamertemperatuur. Na hittebehandeling van die monster deur te slyp, te slyp en te poleer, met 4% van die salpetersuur-alkoholoplossing te erosie, word die dekarburiseringslaag van die toetsstaal met metallurgiese mikroskopie waargeneem, en die diepte van die dekarburiseringslaag by verskillende temperature gemeet. Spinbuigmoegheidstoets: die toetsmateriaal volgens die vereistes van die verwerking van twee groepe spinbuigmoegheidsmonsters, die eerste groep voer nie 'n dekarburiseringstoets uit nie, die tweede groep voer 'n dekarburiseringstoets by verskillende temperature uit. Met behulp van die spinbuigmoegheidstoetsmasjien word die twee groepe toetsstaal vir spinbuigmoegheidstoetsing gebruik, die moegheidslimiet van die twee groepe toetsstaal bepaal, die moegheidslewe van die twee groepe toetsstaal vergelyk, die moegheidsbreukwaarneming met behulp van 'n skandeerelektronmikroskoop gebruik, die oorsake van die breuk van die monster ontleed, en die effek van dekarburisering op die moegheidseienskappe van die toetsstaal ondersoek.
Tabel 1 Chemiese samestelling (massafraksie) van toetsstaal gew.%
Effek van verhittingstemperatuur op dekarburisering
Die morfologie van die dekarburisasie-organisasie onder verskillende verhittingstemperature word in Fig. 1 getoon. Soos uit die figuur gesien kan word, verskyn daar geen dekarburisasielaag op die monsteroppervlak wanneer die temperatuur 675 ℃ is nie; wanneer die temperatuur tot 700 ℃ styg, begin die dekarburisasielaag op die monsteroppervlak verskyn, vir die dun ferriet-dekarburisasielaag; met die temperatuur wat tot 725 ℃ styg, neem die dikte van die monsteroppervlak se dekarburisasielaag aansienlik toe; by 750 ℃ bereik die dekarburisasielaagdikte sy maksimum waarde, en op hierdie tydstip is die ferrietkorrel helderder en growwer; wanneer die temperatuur tot 800 ℃ styg, begin die dikte van die dekarburisasielaag aansienlik afneem, en die dikte daarvan daal tot die helfte van 750 ℃; wanneer die temperatuur aanhou styg tot 850 ℃ en die dikte van die dekarburisasie word in Fig. 1 getoon. By 800 ℃ begin die volle dekarburisasielaagdikte aansienlik afneem, en die dikte daarvan daal tot die helfte van 750 ℃; Wanneer die temperatuur aanhou styg tot 850 ℃ en hoër, bly die dikte van die toetsstaal se volle dekarburisasielaag afneem, en die helfte van die dekarburisasielaag se dikte begin geleidelik toeneem totdat die morfologie van die volle dekarburisasielaag heeltemal verdwyn het, en die helfte van die dekarburisasielaag se morfologie word geleidelik duideliker. Daar kan gesien word dat die dikte van die volledig dekarburiseerde laag eers met die toename in temperatuur verhoog en dan verminder word. Die rede vir hierdie verskynsel is as gevolg van die monster se gelyktydige oksidasie- en dekarburisasiegedrag tydens die verhittingsproses. Slegs wanneer die dekarburisasietempo vinniger is as die oksidasiespoed, sal die dekarburisasieverskynsel voorkom. Aan die begin van die verhitting neem die dikte van die volledig dekarburiseerde laag geleidelik toe met die toename in temperatuur totdat die dikte van die volledig dekarburiseerde laag die maksimum waarde bereik. Op hierdie tydstip bly die temperatuur styg, en die monster se oksidasietempo is vinniger as die dekarburisasietempo, wat die toename van die volledig dekarburiseerde laag inhibeer, wat 'n afwaartse neiging tot gevolg het. Daar kan gesien word dat, binne die reeks van 675 ～950 ℃, die waarde van die dikte van die volledig ontkoolde laag by 750 ℃ die grootste is, en die waarde van die dikte van die volledig ontkoolde laag by 850 ℃ die kleinste is, daarom word die verhittingstemperatuur van die toetsstaal aanbeveel om 850 ℃ te wees.
Fig.1 Histomorfologie van die gedekarboniseerde laag toetsstaal wat vir 1 uur by verskillende verhittingstemperature gehou is.
In vergelyking met die semi-gedekarboniseerde laag, het die dikte van die volledig gedekarboniseerde laag 'n meer ernstige negatiewe impak op die materiaaleienskappe. Dit sal die meganiese eienskappe van die materiaal aansienlik verminder, soos die vermindering van die sterkte, hardheid, slytasieweerstand en moegheidslimiet, ens., en ook die sensitiwiteit vir krake verhoog, wat die kwaliteit van die sweiswerk beïnvloed, ensovoorts. Daarom is die beheer van die dikte van die volledig gedekarboniseerde laag van groot belang om die produkprestasie te verbeter. Figuur 2 toon die variasiekurwe van die dikte van die volledig gedekarboniseerde laag met temperatuur, wat die variasie van die dikte van die volledig gedekarboniseerde laag duideliker toon. Uit die figuur kan gesien word dat die dikte van die volledig gedekarboniseerde laag slegs ongeveer 34 μm by 700 ℃ is; met die temperatuur wat styg tot 725 ℃, neem die dikte van die volledig gedekarboniseerde laag aansienlik toe tot 86 μm, wat meer as twee keer die dikte van die volledig gedekarboniseerde laag by 700 ℃ is; Wanneer die temperatuur tot 750 ℃ verhoog word, bereik die dikte van die volledig ontkoolde laag die maksimum waarde van 120 μm; soos die temperatuur aanhou styg, begin die dikte van die volledig ontkoolde laag skerp afneem, tot 70 μm by 800 ℃, en dan tot die minimum waarde van ongeveer 20μm by 850 ℃.
Fig.2 Dikte van volledig ontkoolde laag by verskillende temperature
Effek van dekarburisering op moegheidsprestasie in spinbuiging
Om die effek van dekarburisering op die moegheidseienskappe van veerstaal te bestudeer, is twee groepe spinbuigmoegheidstoetse uitgevoer. Die eerste groep het moegheidstoetse direk sonder dekarburisering ondergaan, en die tweede groep het moegheidstoetse na dekarburisering by dieselfde spanningsvlak (810 MPa) ondergaan, en die dekarburiseringsproses is vir 1 uur by 700-850 ℃ gehou. Die eerste groep monsters word in Tabel 2 getoon, wat die moegheidslewe van die veerstaal aandui.
Die moegheidslewe van die eerste groep monsters word in Tabel 2 getoon. Soos uit Tabel 2 gesien kan word, is die toetsstaal sonder dekarburisering slegs aan 107 siklusse teen 810 MPa onderwerp, en geen breuk het plaasgevind nie; toe die spanningsvlak 830 MPa oorskry het, het sommige van die monsters begin breuk; toe die spanningsvlak 850 MPa oorskry het, het al die moegheidsmonsters gefraktureer.
Tabel 2 Moegheidslewe onder verskillende spanningsvlakke (sonder dekarburisering)
Om die moegheidslimiet te bepaal, word die groepmetode gebruik om die moegheidslimiet van die toetsstaal te bepaal, en na statistiese analise van die data is die moegheidslimiet van die toetsstaal ongeveer 760 MPa; om die moegheidslewe van die toetsstaal onder verskillende spannings te karakteriseer, word die SN-kromme geteken, soos getoon in Figuur 3. Soos gesien kan word in Figuur 3, stem verskillende spanningsvlakke ooreen met verskillende moegheidslewe, wanneer die moegheidslewe van 7 ooreenstem met die aantal siklusse vir 107, wat beteken dat die monster onder hierdie toestande deur die toestand is, kan die ooreenstemmende spanningswaarde benader word as die moegheidssterktewaarde, dit wil sê 760 MPa. Daar kan gesien word dat die S-N-kromme belangrik is vir die bepaling van die moegheidslewe van die materiaal en 'n belangrike verwysingswaarde het.
Figuur 3 SN-kromme van eksperimentele staalrotasiebuigmoegheidstoets
Die moegheidslewe van die tweede groep monsters word in Tabel 3 getoon. Soos uit Tabel 3 gesien kan word, word die aantal siklusse duidelik verminder nadat die toetsstaal by verskillende temperature gedekarburiseer is, en hulle is meer as 107, en al die moegheidsmonsters is gefraktureer, en die moegheidslewe word aansienlik verminder. Gekombineer met die bogenoemde gedekarburiseerde laagdikte kan met die temperatuurveranderingskurwe gesien word, dat 'n gedekarburiseerde laagdikte van 750 ℃ die grootste is, wat ooreenstem met die laagste waarde van moegheidslewe. 'n Gedekarburiseerde laagdikte van 850 ℃ is die kleinste, wat ooreenstem met die relatiewe hoë moegheidslewe. Daar kan gesien word dat die dekarburiseringsgedrag die moegheidsprestasie van die materiaal aansienlik verminder, en hoe dikker die gedekarburiseerde laag, hoe laer die moegheidslewe.
Tabel 3 Vermoeidheidslewe by verskillende dekarburisasietemperature (560 MPa)
Die moegheidsfraktuurmorfologie van die monster is met 'n skandeerelektronmikroskoop waargeneem, soos getoon in Fig. 4. Figuur 4(a) vir die kraakbronarea, kan die figuur 'n duidelike moegheidsboog gesien word, volgens die moegheidsboog om die bron van moegheid te vind, kan gesien word, die kraakbron vir die "visoog" nie-metaalagtige insluitsels, insluitsels by die maklik om spanningskonsentrasie te veroorsaak, wat moegheidskrake tot gevolg het; Fig. 4(b) vir die kraakuitbreidingsarea morfologie, kan duidelike moegheidsstrepe gesien word, was rivieragtige verspreiding, wat tot kwasi-dissosiatiewe fraktuur behoort, met krake wat uitbrei, wat uiteindelik tot fraktuur lei. Figuur 4(b) toon die morfologie van die kraakuitbreidingsarea, duidelike moegheidsstrepe kan gesien word, in die vorm van rivieragtige verspreiding, wat tot kwasi-dissosiatiewe fraktuur behoort, en met die voortdurende uitbreiding van die krake, wat uiteindelik tot fraktuur lei.
Moegheidsfraktuuranalise
Fig.4 SEM-morfologie van moegheidsbreukoppervlak van eksperimentele staal
Om die tipe insluitsels in Fig. 4 te bepaal, is energiespektrum-samestellingsanalise uitgevoer, en die resultate word in Fig. 5 getoon. Daar kan gesien word dat die nie-metaalagtige insluitsels hoofsaaklik Al2O3-insluitsels is, wat aandui dat die insluitsels die hoofbron van krake is wat veroorsaak word deur insluitsels wat kraak.
Figuur 5 Energiespektroskopie van Nie-metaalagtige Insluitsels
Afsluit
(1) Deur die verhittingstemperatuur op 850 ℃ te plaas, sal die dikte van die ontkoolde laag verminder word om die effek op die moegheidsprestasie te verminder.
(2) Die moegheidslimiet van die toetsstaal se spinbuiging is 760 MPa.
(3) Die toetsstaal se krake in nie-metaalagtige insluitsels, hoofsaaklik Al2O3-mengsel.
(4) Dekarburisering verminder die moegheidslewe van die toetsstaal ernstig, hoe dikker die dekarburiseringslaag, hoe laer die moegheidslewe.
Plasingstyd: 21 Junie 2024
